09.03.2016
GPS přijímač a jeho charakteristiky P r e z e n t a c e
1 1
GLOBÁLNÍ NAVIGAČNÍ A POLOHOVÉ SYSTÉMY David Vojtek
29.1.2010
Institut geoinformatiky Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava
29.1.2010
Konstrukce GPS přijímačů a jejich vlastnosti GPS přijímače pro cvičení Time to First Fix
Obecné schéma přijímače a popis v čem se jednotlivé typů přijímačů mohou od sebe lišit.
KONSTRUKCE GPS PŘIJÍMAČŮ A JEJICH CHARAKTERISTIKY
1
09.03.2016
Signály družic
Získání/sledování kódu Získání/sledování nosné frekvence Synchronizace datových bitů Kódové/fázové pseudovzdálenosti Demodulace navigační zprávy Zpracování signálu
Anténa
efemeridy, almanach, GPS čas, poloha
Měřící přijímač Vstupní jednotka
Měřící přijímač
oscilátor
Poloha, rychlost, čas, zrychlení
navigační počítač
Měřící přijímač
Předzpracování signálů: Před zesílení Filtrování Digitalizace
Zpracovává data získána měřícími přijímači: Poloha, čas, rychlost a zrychlení. Aplikace real-time korekcí Přepočet h -> H Paměť s daty z posledních měření
Externí
Frekvenční syntetizér
vstup
INS DGPS, RTK korekce 1-PPS Timing Signal Výškoměr A-GPS data …
Externí časová základna
Převzato a upraveno z HRD96 a MOH01
29.1.2010
Měřící přijímač je často označován jako kanál.
Helix (Volume)
Nejběžnější typ Nižší třída GPS přístrojů
Šroubovice Konstrukčně náročnější
Dome
Blade
--
Aerodynamický tvar (letectví)
Choke – ring anténa
Phased-array
Pro přesné měření Odstranění signálů odražených od země (multipath reduction)
Umožňuje dynamicky nulovat signál z vybraných směrů Vojenské aplikace
29.1.2010
Patch
Pro přesná měření se antény kalibrují typicky antény referenčních stanic
Zjištění fázového středu antény Interní anténa Externí anténa Nižší třída GPS s patch anténou Integrovaná v elektronice přístroje
Střední a vyšší třída GPS Umožňuje lépe směřovat anténu Aktivní anténa s předzesilovačem
2
29.1.2010
09.03.2016
Jednokanálové a hybridní Sledované družice se na kanálů přepínají interval 3-5 ms All in View (vícekanálové) 12 a více kanálů Každý kanál je určeny pro sledování jedné družice
29.1.2010
NTR8305.02
Kódové přijímače Fázové přijímače Jedno frekvenční Dvou frekvenční C/A-kód C/A-kód a P-kód Bezkódové
Bez korekcí DGPS RTCM v.2, RTCM v.2.1, RTCM v.2.2
RTK RTCM v.2, RTCM v.2.1, RTCM v.2.2, RTCM v.2.3, RTCM v.3, CMR/CMR+
SBAS EGNOS/WAAS/MSAS
OmniStar …
29.1.2010
NTR8305.02
Možnost práce s GNSS: GPS GPS/GLONASS GPS/GLONAS/GALILEO
Externí časová základna 1-PPS Timing Signal Geoid Magnetická variace RAIM INS Výškoměr A-GPS Proprietární technologie
3
FÁZOVÉ
6
2
5
3
4
4
4 5 6
2 1
3
4
10-ky cm
1
1m
PCMCIA, BT a OEM moduly Navigace turistická/auto Lodní navigace Letecká navigace 4 Mapovací přijímače Přijímače pro kosmickou navigaci Měřičské přijímače Referenční stanice Přijímače pro časová měření
10 m
mm
09.03.2016
4
KÓDOVÉ
29.1.2010
-
Popis technických parametrů přijímačů použitých ve cvičení.
GPS PŘIJÍMAČE PRO CVIČENÍ
Juno 3D
L1 C/A-kód SBAS (WAAS/EGNOS) SiRF Star III Vestavěná anténa Bluetooth rozhraní NMEA-0183, SiRF Frekvence zasílání dat 1Hz 12 kanálový Zdroj: http://www.trimble.com/mappingGIS/juno3.aspx?dtID=technical_specs
4
09.03.2016
GMS-2 (GMS-2 PRO) GPS/GLONASS L1 C/A kódová a fázová WAAS/EGNOS/MSAS DGPS (Postprocessing/Real-time)
RTCM v2., RTCM v2.1, RTCM v2.2
50 kanálový All-in-View Zabudovaná zařízení:
Digitální fotoaparát (SXGA) Kompas Akcelerometr Laserový dálkoměr (ve variantě GMS-2 PRO) Zdroj: http://www.topconpositioning.com/products/field-controllers/gms-2.html
HiPer-GD
GPS/GLONAS1) L1 (C/A a P) a L2 kódová a fázová měření EGNOS/WAAS/MSAS RAIM DGPS (Postprocessing/Real-time) RTK (1Hz) 40 kanálový Co-Op tracking Multipath reduction Zdroj: http://www.topconpositioning.com 1) Funkce není u školních GPS aktivována
Net-G3
GPS, GLONAS, GALILEO1) L1 (C/A, P), L2 (L2C1), P) , L51) kódová a fázová měření EGNOS/WAAS RTK (10Hz) TSP, RTCM v2.x, RTCM v3, CMR/CMR+
72 kanálový Co-Op tracking Multipath reduction Zdroj: http://www.topconpositioning.com/products/field-controllers/gms-2.html 1) Funkce není zatím dostupná
5
29.1.2010
09.03.2016
Aneb co dělá váš přijímač po startu.
29.1.2010
TIME TO FIRST FIX
29.1.2010
Poloha vychází ze: Znalosti GPS času Znalosti polohy družic Vypočtených pseudovzdáleností
TPVT Twarm-up
nalezení družic čas na ustálení sledování kódů a fází čas pro získání GPS času čas pro získání korekcí hodin a efemerid čas pro navigační výpočet spuštění přijímače (cca 2s )
+
+
+ TPVT + Twarm-up
+
+
+ TPVT + Twarm-up
+
+
+ TPVT + Twarm-up
Převzato z InsideGNSS March/April 2010
6
29.1.2010
09.03.2016
Aktuální efemeridy1) a opravy hodin družic z posledního měření případně almanach Přibližná poloha uživatele (10-ky km) GPS čas Rychlost výběru družic Rychlost nalezení družic 1) Efemeridy ne starší než 3 hodiny, jinak je nutné získat nové. Požadované informace mohou být uloženy v paměti navigačního počítače. Převzato z KAP05
Optimistický Známá poloha družic efemeridy nebo almanach Známá poloha s přesnosti na 10-ky km Malý časový odstup od posledního měření Všechna potřebná data jsou v paměti navigačního počítače
Přibližná poloha uživatele
Výběr družic z nejvhodnější konstelace např. nejnižší PDOP
Almanach Efemeridy družic
Aktuálně dostupné družice
Přibližný GPS čas
Dopplerovský posun frekvence každé družice
Jeden nebo více z předpokladu porušen! Velká časová nebo prostorová odlehlost měření nebo vymazáni paměti navigačního počítače.
12.5 minut na družici 18 s efemeridy a opravy hodin
Získání aktualizovaných navigačních dat
Nalezení družic (frekvenčně i kódově)
Změření pseudovzdálenosti
Teplý start s polohou určenou na základě efemerid 20.52 s (95%) – přístroji chybí GPS čas Výborná viditelnost družic a použití masivního paralelního vyhledávání signálů družic zdroj: InsideGNSS March/April 2010
7
minimálně 18 s (12.5 minut pro almanach) Navigačních zpráva = efemeridy PRN02 + almanach GPS + … Signál družice PRN02
minimálně 6 sekund (pseudovzdálenost) Signál družice PRN03
minimálně 18 s (12.5 minut pro almanach)
GPS přijímač
Navigačních zpráva = efemeridy PRN04 + almanach GPS + … Signál družice PRN04
Hledání družice: C/A-kód po ½ bitu Pro L1 ±4KHz po 500 Hz Celkem kontrola
PRN02 PRN04 PRN05 PRN08 - efemeridy
Signál družice PRN01
PRN02 - efemeridy PRN04 PRN05 PRN08 - almanach
09.03.2016
… 2046 16 32736
A) Nalezena kombinace kódu i frekvence, družice je nad horizontem B) Kombinace kódu a frekvence nenalezena, družice není nad horizontem
Signál družice Vyhledávání Vyhledávání PRN05 signálů Vyhledávání signálů družice PRN… signálů družice PRN… družice PRN…
Navigačních zpráva = efemeridy PRN05 + almanach GPS + … Navigačních zpráva = efemeridy PRN05 + almanach GPS + …
29.1.2010
Studený start s polohou určenou na základě efemerid 44.34 s (95%). Výborná viditelnost družic a použití masivního paralelního vyhledávání signálů družic. zdroj: InsideGNSS March/April 2010
Vyhledat první čtyři družice 4 efemeridy + GPS čas Postupně doplňovat navigační zprávy družic efemerid Maximum viditelných družic výběr konstelace podle DOP
29.1.2010
Zrychlení studeného startu A-GPS (mobilní telefony).
DĚKUJI ZA POZORNOST
8
29.1.2010
09.03.2016
Základní konstrukční bloky GNSS přijímače Uveďte základní parametry pro: Navigační GPS přijímač GPS přijímač pro GIS mapování Geodetický GPS přijímač
29.1.2010
Co je to TTFF a co ovlivňuje délku TTFF
KAP05
RAP02
Kaplan, Elliott, D.: Understanding GPS: Principles and Applications, Second Edition, Artech House Publishers; 2 edition, 2005, pages 726, ISBN-10: 1580538940 Rapant, P: Družicové polohové systémy – první vydání, VŠB – Technická univerzita Ostrava, stran 200, ISBN 80–248–0124–8 Publikace je dostupná ke stažení na adrese: http://gis.vsb.cz/publikace/dns-gps
MOH01
Mohinder S. G., Lawrence R. W., Angus P. A.: Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration., John Wiley & Sons, Inc. 2001, pages 382, Printed ISBN: 9780471350323
29.1.2010
Publikace je dostupná v rámci Knihovny VŠB-TUO na adrese: http://knihovna.vsb.cz/sluzby/e-knihy-wiley.htm
IS-GPS-200D TR8350.2
http://www.navcen.uscg.gov/gps/geninfo/IS-GPS-200D.pdf http://earth-info.nga.mil/GandG/publications/tr8350.2/wgs84fin.pdf
9
09.03.2016
Studijní opora k předmětu: GLOBÁLNÍ NAVIGAČNÍ A POLOHOVÉ SYSTÉMY
GPS přijímač a jeho charakteristiky Prezentace 11 Verze 1.1
David Vojtek Institut geoinformatiky Vysoká škola Báňská-Technická univerzita Ostrava 2010 Prezentace by měla být používaná ve spojení se zdroji, které jsou v ní citované.
10